Una nuova fotocamera da 3.200 megapixel fa gola agli astronomi

Lo strumento chiave dell’Osservatorio Vera C. Rubin è quasi pronto per essere installato sul telescopio, dove immaginerà decine di miliardi di oggetti cosmici.

La fotocamera digitale più grande del mondo sta finalmente per essere messa a fuoco. Mentre una fotocamera personale molto potente potrebbe avere una risoluzione di un megapixel, gli astronomi hanno costruito un dispositivo in grado di riprendere l’universo lontano con una risoluzione di 3,2 giga pixel. (Un gigapixel equivale a 1.000 megapixel).

Questa fotocamera sarà il cavallo di battaglia del telescopio dell’Osservatorio Vera C. Rubin, che è in lavorazione da circa due decenni ma è quasi completo. Alla fine di settembre, gli scienziati e i tecnici che lavorano in un’enorme camera bianca presso lo SLAC National Accelerator Laboratory di Menlo Park, in California, hanno terminato l’assemblaggio dei componenti meccanici della sensibile fotocamera e stanno ora procedendo ai test finali di pre-installazione.

“La combinazione tra il gigantesco piano focale della fotocamera e uno specchio di 25 piedi per raccogliere la luce non ha eguali”, afferma Aaron Roodman, astrofisico dello SLAC e vice direttore dell’Osservatorio Rubin. Roodman ricorda che sia l’obiettivo di 5,5 piedi, dotato di un copriobiettivo extra-large, sia il piano focale sono nel Guinness dei primati per le loro dimensioni straordinarie.

Gli ingegneri testeranno la fotocamera tra circa due mesi, e a maggio il team la metterà su un volo noleggiato per raggiungere il sito del telescopio nelle montagne desertiche del Cile settentrionale. Gli scienziati condurranno i primi test di imaging del telescopio nella seconda metà del 2023 e puntano al debutto ufficiale di Rubin, chiamato “prima luce”, nel marzo 2024.

A quel punto il telescopio inizierà a raccogliere 20 terabyte di dati ogni notte per 10 anni. Con questi dati, gli scienziati costruiranno una vasta mappa del cielo visto dall’emisfero meridionale, comprendente 20 miliardi di galassie e 17 miliardi di stelle nella Via Lattea, una frazione significativa di tutte le galassie dell’universo e di tutte le stelle della nostra galassia, dice Roodman. Verranno inoltre raccolte le immagini di 6 milioni di asteroidi e altri oggetti del nostro sistema solare. Una banca dati cosmica così gigantesca sarebbe stata impensabile fino a poco tempo fa.

È l’approccio opposto a quello utilizzato per i telescopi spaziali Hubble o James Webb, che effettuano uno zoom per catturare immagini spettacolari di fette ristrette di cielo. Invece, Rubin scansionerà ripetutamente l’intero cielo meridionale – circa 18.000 gradi quadrati – raccogliendo dati su ogni oggetto visualizzabile e fotografando ogni area 825 volte a una serie di lunghezze d’onda ottiche. Inoltre, Rubin andrà più in profondità e traccerà un numero maggiore di immagini del cosmo rispetto ai suoi predecessori, come lo Sloan Digital Sky Survey e il Dark Energy Survey.

La nuova fotocamera, del peso di quasi 3 tonnellate, sarà in grado di fornire dati preziosi. Il suo sensore di immagini è composto da oltre 200 dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD) progettati su misura, che scatteranno immagini con sei filtri che copriranno lo spettro ottico elettromagnetico, dal violetto ai margini dell’infrarosso.

La fotocamera riprenderà ogni porzione di cielo ogni tre giorni, fornendo istantanee che possono essere utilizzate insieme per esaminare oggetti deboli o distanti, o individuare quelli in evoluzione, come le esplosioni di supernove e i percorsi di asteroidi e comete vicine alla Terra che si muovono lentamente nelle loro orbite. “È come fare un film a colori della durata di 10 anni”, afferma Risa Wechsler, astrofisica dell’Università di Stanford e membro del comitato scientifico consultivo dell’Osservatorio Rubin. “Inoltre, impila i fotogrammi di quel filmato per ottenere un’immagine molto profonda. Questo ci darà una mappa di tutte le galassie, che traccia dove si trova tutta la materia, che è per lo più materia oscura. Vedremo come appariva l’universo miliardi di anni fa e impareremo di più su cosa sia la materia oscura”.

Wechsler e i suoi colleghi sfrutteranno le enormi mappe anche per studiare l’espansione dell’universo, indagare la struttura della Via Lattea e la sua storia e sondare lo scheletro nascosto delle particelle di materia oscura che tengono insieme tutte le galassie. Tuttavia, la terza dimensione di queste mappe 3D dell’universo – la distanza dalla Terra – sarà incerta, rendendole leggermente sfocate. Ma i ricercatori sono pronti ad affrontare questa sfida, dice Wechsler.

Il team di Rubin rilascerà questi dati alla comunità scientifica – che comprende circa 10.000 utenti – non appena le immagini saranno state elaborate, e invierà avvisi notturni sugli oggetti che si muovono o che variano di luminosità, in modo che altri possano seguire le traiettorie degli asteroidi vicini, per esempio.

L’enorme telescopio, finanziato dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, prende il nome dall’astronoma Vera Rubin. Negli anni ’60 e ’70, la studiosa utilizzò i telescopi in Arizona per mappare i bracci a spirale delle stelle delle galassie vicine. Le orbite rapide di queste stelle – troppo rapide, se le stelle fossero state l’unica cosa presente – rivelarono un dilemma: o c’era della materia nascosta da qualche parte, o la gravità funziona in modo diverso da quanto i fisici pensavano in precedenza quando si tratta delle vaste scale di una galassia. Sebbene Rubin sia stato snobbato per il premio Nobel, la sua scoperta ha portato alla ricerca sulla materia oscura.

Chiamare l’Osservatorio Rubin è stata una scelta notevole: si tratta del primo osservatorio nazionale intitolato a una donna (la scelta, annunciata all’inizio del 2020, è stata popolare e ha evitato le insidie del telescopio Webb, il cui nome è stato criticato per aver onorato James Webb, un ex capo della NASA accusato di aver applicato politiche discriminatorie e omofobiche all’agenzia negli anni ’50 e ’60).

Ma prima che Roodman e il resto del team possano impacchettare la fotocamera per spedirla in Cile, devono finire il loro lavoro nella gigantesca camera bianca dello SLAC, dove i tecnici indossano “tute da coniglio” in Tyvek che coprono capelli, vestiti, pelle e scarpe. Devono pulire le apparecchiature che avvicinano alla fotocamera per assicurarsi che nessun filo di capelli o granello di polvere cada su un sensore e ne riduca le capacità.

Il regime di test finale comprende il controllo dei filtri, dei sensori e dei sistemi di refrigerazione necessari per il loro raffreddamento. Dopodiché, imballeranno con cura la fotocamera, l’obiettivo, i filtri e il supporto per la fotocamera e voleranno direttamente da San Francisco a Santiago su un Boeing 747 cargo. Da lì, il viaggio verso il telescopio sarà breve, dove i componenti della fotocamera saranno reintegrati. E poi ci saranno i miliardi di oggetti cosmici che ci aspettano.